Opakowanie ochronne

Konkurs fizyczny – OPAKOWANIE OCHRONNE

Konkurs rozegrano podczas XXIII Spotkania Ogólnopolskiego Klubu Demonstratorów Fizyki w czerwcu 2023 r. w Szczyrku. Polegał on na zbudowaniu opakowania najskuteczniej redukującego przyspieszenie przy zderzeniu spadającego urządzenia z podłożem.

Urządzeniem pomiarowym był bezprzewodowy czujnik siły i przyspieszenia PASCO (PS-3202). Zadanie konkursowe polegało na zbudowaniu takiego opakowania tego czujnika, by w chwili upadku z określonej wysokości wskazał on jak najmniejsze przyspieszenie. Wolno było wykorzystać tylko materiały zakupione w pobliskim supermarkecie.

Zderzenie jest procesem gwałtownym, więc aby wyniki były jak najbardziej wiarygodne, po podłączeniu czujnika przez Bluetooth do komputera, wyłączono niepotrzebne sondy siły oraz ruchu obrotowego i ustawiono częstotliwość próbkowania na 250 Hz. Rejestrowano wartość przyspieszenia całkowitego (wektora sumy przyspieszeń we wszystkich trzech kierunkach przestrzeni).

Uczestnicy konkursu zobaczyli najpierw, jak przebiega proces pomiaru przy uderzeniu czujnika o twardą powierzchnię oraz o konstrukcję amortyzującą upadek, a następnie przystąpili do planowania i budowania swoich urządzeń. Podczas pracy nie można było przeprowadzać prób pomiarowych, więc konstruktorzy musieli polegać wyłącznie na własnej intuicji fizycznej. Okazało się to niełatwym zadaniem i często spodziewania mijały się z rzeczywistością. Zaskoczeniem była już sama wartość przeciążeń, które w trakcie uderzenia dochodziły do wartości kilkunastu g. Warto jednak pamiętać, że przeciążenia podczas akrobacji lotniczych dochodzą do 10 g, a przy zderzeniach samochodów – do kilkudziesięciu g. Według Wikipedii, najwyższe chwilowe przeciążenie, które przeżył człowiek wynosiło 214 g (zderzenie samochodów podczas wyścigu IRL IndyCar Series w 2003 roku).

Przedstawiamy obok trzy przykładowe przebiegi wskazań czujnika PASCO podczas rzutów konkursowych. Widać, że każdy zaczyna się od wartości 9,81 m/s2, czyli przyspieszenia ziemskiego. Pierwszy etap lotu, to przyspieszenie całkowite równe zeru (spadek swobodny), po którym następuje gwałtowne maksimum odpowiadające uderzeniu o podłoże, a następnie seria mniejszych pików obrazujących dalsze losy czujnika. Widać, że przebieg koloru różowego, to kilkakrotne silne uderzenia czujnika o twarde powierzchnie, a przebieg niebieski – niemal idealne zamortyzowanie czujnika po upadku. Warto się jednak przyjrzeć także wykresom podczas lotu, od wypuszczenia opakowania do upadku. Może tu tkwi tajemnica sukcesu…?

Dla zainteresowanych – prezentujemy fragment wykresu jednego z przebiegów z rozszerzoną podziałką osi czasu tak, by było widać, ile punktów pomiarowych przypada na ten okres czasu, w którym czujnik rejestruje szczytowe przyspieszenie, brane pod uwagę jako wynik osiągnięty przez drużynę. Na osi pionowej odłożone jest przyspieszenie w m/s2. Z tego wykresu widać, że wyniki konkursu można uznać za wiarygodne. Potwierdzają to też liczne próby wykonane przez uczestników po konkursie. Dla konkretnego modelu opakowania wyniki były powtarzalne z niepewnością nie przekraczającą 10%. 

 

Bez względu na wyniki osiągnięte przez poszczególne drużyny, konkurs zaowocował rozbudzeniem poznawczej ciekawości – wielu uczestników próbowało, na podstawie obserwacji poszczególnych rzutów, zrozumieć zjawiska fizyczne zachodzące podczas zderzenia i wytłumaczyć przyczyny wskazania przez czujnik określonych wartości.

Gratulujemy zwyciężczyni i zachęcamy do obejrzenia zdjęć z ceremonii wręczenia nagrody, którą był bezprzewodowy czujnik siły i przyspieszenia PASCO (PS-3202) – ten sam, który wykonywał pomiary podczas konkursu. Nagrodę ufundowała firma IMAGE RECORDING SOLUTIONS Sp. z o.o. 

Wyniki konkursu i fotorelację zamieszczamy poniżej. Jak widać, liczyło się nie tylko miejsce na podium, ale dobra i pouczająca zabawa. Nie bez znaczenia były też walory artystyczne niektórych konstrukcji.

Wyniki konkursu PASCO – Opakowanie ochronne

MiejsceNazwa drużynyKonstrukcja opakowania i uwagi juryWynik [m/s2]
1LEMBIRPowietrze „zapakowane”60,0
2ABUCTorba Biedronka102,5
3111Gąbka, kapelutek, grzybek107,7
4UWJaja Marysia, poduszka + zawartość129,2
5UGBaloniki + żelki (najsłodszy)161,5
6NeutrinoKuleczki178,4
7Zespół Pracowni Fizycznych UŁReklamówki, powietrze, wata184,6
8PW-FIZNajsłodszy wizualnie, śliczny. Baloniki, latawiec192,2
9VIII DzieńWorki na śmiecie, papier toaletowy, taśma, Always :-), telemark216,4

Wykorzystaliśmy zdjęcia Magdaleny Szubki i Sławomira Oksiutowicza. Dziękujemy.

Udostępnij: